單片機課程設計題目基于單片機的超聲波測距設計

目錄3方案論證

在當代工業(yè)生產(chǎn)中，普遍應用的高科技測距方式有紅外測距、激光測距及超聲波測距三種。紅外線測距技術(shù)：

紅外線測距的優(yōu)點是成本便宜、儀器易制、安全性高，但其缺點較多，主要在于測量距離近、精度低、方向性差。自然界紅外光分布比較廣泛，容易引起測量誤差。市場上的紅外線測距器一般的測距范圍在20cm-150cm之間，只適合于近距離的測量，而其測量的精度就更不值得一提了，只有1cm左右。激光測距方式激光測距的優(yōu)點是精確、距離遠，缺點是需要注意人體安全，且制作的難度較大，成本較高，而且光學系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測量結(jié)果。超聲波測距方式

聲音是與人類生活緊密相關的一種自然現(xiàn)象。當聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限（根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取整數(shù)為2000HZ）時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。

超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴瓷洹⒄凵?、干涉等等。超聲波測距就是利用其反射的特性。超聲波反射器不斷發(fā)出某一頻率的超聲波，遇到被測物體后反射回反射波，然后超聲波接收器接收到反射回來的信號，并將其轉(zhuǎn)換為電訊號，測出發(fā)射波和反射波的時差，根據(jù)光速及計算公式，即可求出待測的距離，超聲波測距的優(yōu)點是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測量，測距范圍比激光近，比紅外遠，一般為3cm-5cm，精度一般在1cm，有的達到1mm級，超聲波測距的缺點是一定距離內(nèi)有一定的束角，受周圍障礙物影響大，適合于室內(nèi)測量，且測量精度受到溫度的一定影響。所以在這里我們選用超聲波模塊HC-SR04進行測距。-4設計原理及功能說明本章主要介紹單片機超聲波測距的主要原理，包括超聲波測距的原理和STC89C52單片機的原理。4.1超聲波測距原理諧振頻率高于20kHz的聲波被稱為超聲波。超聲波為直線傳播頻率越高、繞射能力越弱、但反射能力越強。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器、或稱為超聲換能器、它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為機械能、又可以把機械能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。換能器在電脈沖激勵下可將電能轉(zhuǎn)換為機械能、向外發(fā)送超聲波、反之，當換能器處在接收狀態(tài)時它可將聲能(機械能)轉(zhuǎn)換為電能。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t,然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。圖4-1超聲波測距原理框圖由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關，察出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕ＵＢ曀俅_定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。其系統(tǒng)框圖如圖4-1所示。4.2STC89C52RC單片機原理STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外STC89X52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。圖4-2STC89C52引腳圖4.3超聲波測距系統(tǒng)框圖圖4-3超聲波測距系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)以單片機控制為核心元件，單片機控制超聲波發(fā)送，經(jīng)過超聲波測距模塊處理后有一段高電平脈沖發(fā)送到單片機。經(jīng)過單片機的運算將時間系數(shù)轉(zhuǎn)化為距離，最后通過處理將距離信息輸出到數(shù)碼管顯示。5單元電路的設計硬件是一個機器的基礎，沒有硬件，所有機器都不存在，本章主要介紹單片機超聲波測距的硬件原理。5.1超聲波模塊電路圖5-1超聲波模塊電路超聲波模塊如圖4-1所示。從P2.6口給Trig口送一個10uｓ的脈沖，超聲波模塊自動發(fā)出40Khz的超聲波，單片機中斷計時。當遇到障礙物時超聲波返回，并將一個高平信號送入單片機，中斷關閉。5.2數(shù)碼管顯示電路圖5-2數(shù)碼管顯示電路顯示電路采用采用LED數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式。該組數(shù)碼管位共陽極數(shù)碼管。當有低電平驅(qū)動時，數(shù)碼管亮。5.3單片機最小電路圖5-3最小單片機電路單片機最小電路是單片機能正常工作的最小外接電路單元。是設計電路的核心部分，也是整個作品最關鍵，最重要的部分。單片機最小電路包括：復位電路，晶振電路。5.4鍵盤連接圖5-4矩陣鍵盤電路該矩陣鍵盤采用掃描式工作讀入方式，掃描式鍵盤接口是一個輸入輸出接口，行是輸入接口，而列式輸出接口，輸入接口主要功能是解決數(shù)據(jù)輸入的緩沖問題，而列輸出接口主要功能是進行數(shù)據(jù)保持能力。系統(tǒng)掃描鍵盤是若有鍵按下，則執(zhí)行主程序相應程序，實現(xiàn)相應功能。6硬件的制作與調(diào)試6.1硬件的制作當設計好硬件電路之后，在Protues中畫好電路圖，然后進行調(diào)試。在進行調(diào)試之前，先與設計的硬件電路圖對照一下，看有沒有畫錯，都確定之后調(diào)試，調(diào)試無誤之后，即可在萬能板上焊接。

當焊接的時候，仔細對照仿真圖，焊接完了之后再檢查一遍，看有沒有多焊、漏焊、錯焊和虛焊等情況。在電路焊接中，先把單片機的最小系統(tǒng)焊接完成；在慢慢的把其它模塊的外接電路焊接完成。我在這焊接的過程中，主要遵守能不用條線的地方盡量不用條線，在元器件上先小的元器件開始焊接，在焊接高的元器件。6.2調(diào)試在Keil軟件中輸入軟件程序，當軟件程序的主程序以及各部分子程序都編完之后，進行軟件編譯。

在編譯的過程中，下面提示框中提示有幾個錯誤，找到相應的錯誤區(qū)域之后，再對比之前的程序，發(fā)現(xiàn)在輸入程序的時候出現(xiàn)了錯誤，對比改正之后再進行編譯，發(fā)現(xiàn)沒有錯誤。之后用燒錄軟件將生成的.hex文件燒寫單片機中，按下獨立按鍵1，數(shù)碼管開始顯示測量的距離；按下獨立按鍵2時，數(shù)碼管會保持前一秒所采集的數(shù)據(jù)；按下獨立按鍵3時，會復位數(shù)碼管。7總結(jié)為期一周的單片機課程設計結(jié)束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，使我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。通過這次課程設計，本人在多方面都有所提高。通過這次課程設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行一次超聲波測距設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了單片機的一些內(nèi)容與編程的技巧。提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。

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附錄1：總體電路原理圖

附錄2：實物圖

附錄3：元器件清單序號名稱型號規(guī)格數(shù)量1單片機STC89C5212四位一體數(shù)碼管S530-A213三極管S901244電阻1K165獨立按鍵36電解電容22uf17晶振11.0592MHZ18電容22PF29超聲波測距模塊HC-SR0410導線若干

附錄4：編程程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineRXp26#defineTXp27sbitRX=P2^6;sbitTX=P2^7;sbitp20=P2^0;sbitp21=P2^1;sbitp22=P2^2;sbitp23=P2^3;sbitp10=P1^0;sbitp11=P1^1;sbitp12=P1^2;unsignedinttime=0,timer=0;unsignedcharposit=0,a=0;unsignedlongS=0;bitflag=0;unsignedcharconstdiscode[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xBF,0xff/*-*/};unsignedchardisbuff[4] ={0,0,0,0,};voidkey_scanf(void);voidDelayUs2x(unsignedchart){ while(--t);}voidDelayMs(unsignedchart){ while(t--) //大致延時1mS { DelayUs2x(245);DelayUs2x(245);}}voidDisplay(void) //掃描數(shù)碼管{p20=0;p21=1;p22=1;p23=1;P0=discode[disbuff[0]];DelayUs2x(20);P0=0xff;p20=1;p21=0;p22=1;p23=1;P0=discode[disbuff[1]];DelayUs2x(20);P0=0xff;p20=1;p22=0;p21=1;p23=1;P0=(discode[disbuff[2]])&0x7f;DelayUs2x(20);P0=0xff;p20=1;p23=0;p21=1;p22=1;P0=discode[disbuff[3]];DelayUs2x(20);P0=0xff;}/********************************************************/voidConut(void){floatS1;time=TH0*256+TL0;TH0=0;TL0=0;S1=(time*1.7)/100;//算出來是CMS=S1*10;if((S>=7000)||flag==1)//超出測量范圍顯示“-”{ flag=0;disbuff[0]=10; //“-”disbuff[1]=10; //“-”disbuff[2]=10; //“-”disbuff[3]=10; //“-”}else{ disbuff[0]=S/1000;disbuff[1]=S/100%10;disbuff[2]=S/10%10;disbuff[3]=S%10;}}/********************************************************/voidzd0()interrupt1 //T0中斷用來計數(shù)器溢出,超過測距范圍{ flag=1; } //中斷溢出標志/********************************************************/voidzd3()interrupt3 //T1中斷用來掃描數(shù)碼管和計800MS啟動模塊{ key_scanf();TH1=0xf8;TL1=0x30;Display();timer++;if(timer>=400){ timer=0;TX=1; //800MS啟動一次模塊_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_()